Buck变换器负载连续跳变动态特性分析与控制

《Buck变换器负载连续跳变动态特性分析与控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6期电源学报No．62011年11月JournalofPowerSupplyNOV．2011Buck变换器负载连续跳变动态特性分析与控制刘晓东，罗标，方炜1，刘雁飞1,2(1．安徽工业大学电力电子与电力传动重点实验室，安徽马鞍山243002；2．皇后大学电子与计算机工程系。加拿大金斯顿市K7L3N6)摘要：常见的DC／DC变换器的动态特性分析仅针对负载发生一次跳变的情况，对负载发生多次连续跳变的情况的分析处理尚不多见论文以Buck同步整流电路为例．分析了在负栽连续跳变的情况下的动态特性，并提出基于电容电荷平衡原理的控制算法。论文采用电压模式与电容电荷

2、平衡两种控制算法进行对比仿真研究，仿真结果验证了在负栽连续跳变的情况下．提出的基于电容电荷平衡的控制算法显著改善了Buck变换器的动态特性。关键词：电容电荷平衡(CBC)；负载连续跳变；动态响应；Buck变换器中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：2095—2805(2011)06—0012—08引言换器进行控制，以达到良好的控制效果。文献f7卜[12]中提出的基于电容充放电平衡原理的控制算法基本只针对负载一次跳变的情况，对随着计算机等电子设备性能的不断提高，对其于负载连续跳变的多种情况并没有相应的分析处供电电源的要求也越来越高。其供电电源要求有

3、良理。文献[7]提出的基于电容电荷平衡原理的线性一好的动态性能，在输出电流变化很大时，其输出电非线性控制策略，采用模拟电路实现，但只是针对压要控制在很小的波动范围内。负载一次跳变的情况。文献[8】在文献[7】研究的基础传统的线性控制策略存在占空比饱和的问题，上进行了深入探讨．分析了负载在不同时刻发生一其动态性能不理想【-一。一些非线性控制如单周控次跳变对其动态响应的影响。文献[9】提出一种基于制、滑模变结构控制、模糊控制等，可以实现良好的动态响应，因控制算法较为复杂，实现成本较高，尚电容电荷平衡原理的数字控制算法，但同样只是针对负载一次跳变的情况进行分

4、析。文献【1o]提出了未得到广泛的应用【。线性一非线性的控制算法结合线性和非线性控制的优点，稳态时采用线性控一种在限制电感电流最大值的情况下，来取得动态响应时间最优的方案。文献『11]提出了一种由Buck制。动态时采用非线性控制，既保证了系统的稳态变换器派生的电路拓扑，来改善Buck变换器在负性能．又能提高系统的动态性能，因而被广泛深入载负向跳变时的动态响应。文献[12]提出一种负载研究同。电流前馈数字控制算法，对负载连续两次跳变的一基于电容电荷平衡原理的控制算法也是非线种情况予以分析，但对负载连续跳变的其他几种情性控制算法的一种，其原理较为简单，能够

5、很好地改善变换器的动态性能，得到广泛的关注31。该算况并无相应的分析，存在着一定程度的局限性。本文主要针对负载发生连续跳变的多种情况法常与电压模式等一些线性控制算法相结合，对变进行分析，并以Buck同步整流电路为例，提出一种收稿日期：2011-07—04适用于负载连续跳变的数字控制算法。提出的控制基金项目：国家自然科学基金项目f50877001)；安徽省高校自然科学算法基于电容充放电平衡原理，能够针对负载连续基金(KJ2011A0441作者简介：刘晓东(1971一)，男，教授，博士，主要研究方向为电力电子正／负向跳变的情况进行相应的处理，改善了Buck

6、功率变换技术及电力系统微机保护。变换器的动态特性。罗标(1987一)，男，硕士研究生，主要研究方向电力电子功率变换技术。第6期刘晓东．等：Buck变换器负载连续跳变动态特性分析与控制l31基于电容电荷平衡的控制算法1．1算法的理论依据01lol电容电荷平衡算法的理论依据是在稳态时，电容电流的平均值为零。对于一个电容周期(其充、放电荷量相等)而言，电容周期开始时刻的电压等于结束时刻的电压。Aaia唱一^arg。=O(1)V()一Vc(o)=J-icavg~0专fc(f)df=0(2)电压模式控制、幸妻一I电压模式控制(2)式中的一个周期可以认为是变换器的

7、一图2CBC算法在负载电流一次正向跳变时的动态响应个动态过程，可以化为：电压的欠／超调量最小，调节时间最短，即提高了系()()=吉．icavg=o(f)d0(3)统的动态性能。其中：ta，t6分别代表过渡过程的开始和结束时图2中，t。时刻负载发生正向跳变，控制开关管刻，i为电容电流。Q。导通，Q关断，电感电流增加。to-t,o时间段，电感1．2电容电荷平衡算法的原理电流小于负载电流，电容处于放电状态，输出电压持主电路拓扑为Buck同步整流电路，并以负载续下降。为电感电流等于跳变后负载电流的时电流仅发生一次正向跳变的情况为例。来阐述电容刻。通过计算得到，

8、控制开关管Q。关断，Q导通，电荷平衡算法的原理。电感电流下降。to~t电容处于充电状态，输出电